JP2609027B2 - 回線割当制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多数の地球局各々から
の速度種別に応じた通信要求に対して、特定の地球局が
衛星中継器の一定周波数帯域内に回線帯域を割当てる集
中制御形のデマンドアサインメント衛星通信システムに
おける回線割当制御方法に係り、特に伝送速度毎のトラ
ヒックが様々に変動する場合であっても、予め設定され
たサービス条件を満足させるべく回線割当制御パラメー
タとしての回線割当サーチ開始位置、空き回線サーチ方
法およびトラヒック規制を動的に変更することによっ
て、回線使用効率の向上が図れるようにした回線割当制
御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】これまでのデマンドアサインメント衛星
通信方式としては、インテルサットにより運用されてい
るＳＰＡＤＥ方式が知られている。これは、ランダムに
発生する通信要求に対し地球局各々に共通にプールされ
れているＳＣＰＣ回線を、地球局各々による分散制御下
に割当てるようにしたものである。また、ＴＤＭＡ回線
を用いたデマンドアサインメント衛星通信方式では、地
球局各々から通信要求があった場合には、地球局各々に
共通にプールされているタイムスロットから１空きタイ
ムスロットが選択された上、その通信要求に割当てられ
るようになっている。この場合には、単一の伝送速度を
対象としていることから、特別な割当て制御は特に要さ
れないものとなっている。

【０００３】ところで、現在のところ、まだ実用化され
ていないが、２種類、あるいは３種類の伝送速度が混在
された状態で衛星通信を行うＦＤＭＡ方式衛星通信シス
テムが考えられるが、これについては既に回線割当制御
方法が検討されており、回線使用効率の向上および呼損
率の低減化の観点からして、伝送速度毎での回線割当サ
ーチ開始位置を固定とする定位割当方法が有効であると
報告されているのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】さて、高度情報化に伴
い単一の衛星通信ネットワークにおいては、伝送速度が
様々に異なる各種メディアを収容することが次第に要請
される趨勢にあるが、このような衛星通信ネットワーク
では、伝送速度が異なる様々な通信要求が一般にランダ
ムに発生されるようになっている。したがって、通信要
求の発生分布パターンとして各種のものが存在する可能
性があるばかりか、それら発生分布パターン各々ではま
た、時々刻々に不確定要素を以てトラヒック（輻輳）が
変動するようになっている。ところで、このように、ト
ラヒックが不確定要素を以て変動する状況の下で、様々
な伝送速度をもつマルチメディアを収容可として、マル
チメディアを定位割当方法を以て伝送処理する場合に
は、通信種類、即ち、伝送速度種別毎での呼損率、ひい
てはその伝送速度種別間に亘る呼損率を一定な割合に維
持することは困難となり、予め設定されているサービス
条件が満足されない虞があるものとなっている。

【０００５】本発明の目的は、ランダムに発生される、
伝送速度が異なる様々な通信要求各々に対しその都度回
線をＦＤＭＡ方式を以て一定周波数帯域内に割当するに
際して、予め設定されているサービス条件を満足すべく
通信要求各々に回線を割当し得る回線割当制御方法を供
するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、多数の地球
局各々からの、少なくとも２種類以上の伝送速度の異な
る通信要求に対して、特定の地球局が衛星中継器の一定
周波数帯域内に伝送速度に応じた回線帯域を、伝送速度
毎に回線割当サーチ開始位置が異なるものとして割当て
るに際しては、過去における通信要求状況およびサービ
ス品質に関しての履歴情報にもとづき将来における通信
要求状況およびサービス品質を予測する度に、予め設定
されたサービス条件を満足させるべく、システム特性を
規定する回線割当制御パラメータとしての回線割当サー
チ開始位置、空き回線サーチ方法およびトラヒック規制
を動的に変更せしめることで達成される。

【０００７】

【作用】過去における通信要求状況およびサービス品質
にもとづき将来における通信要求状況およびサービス品
質を予測した上、予め設定されたサービス条件を満足さ
せるべく、回線割当制御パラメータとしての回線割当サ
ーチ開始位置、空き回線サーチ方法およびトラヒック規
制を動的に変更せしめる場合には、伝送速度種別間に亘
る呼損率が一定な割合に維持された状態で、一定周波数
帯域内での回線使用効率の向上が図れるものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図１から図３により説明す
る。先ず本発明が適用される衛星通信システムについて
説明すれば、図２はその一例でのＤＡＭＡ（Demand Ass
ignmennt Multiple Access）システム構成の概要を示し
たものである。これによる場合、一般的な動作として
は、例えば地球局２１ー１が地球局２１ーｎとの間で衛
星通信を通信衛星２２を介し行うに際しては、その衛星
通信に先立って、地球局２１ー１からは回線割当要求が
送信地球局識別番号および受信地球局識別番号並びに伝
送速度種別とともに共通回線（制御情報授受用回線）２
３を介し回線割当制御管理局２０に通知されるようにな
っている（図中）。一方、回線割当制御管理局２０で
は回線が割当てされる周波数帯域が管理されているが、
地球局２１ー１より回線割当要求があった場合には、本
発明による回線割当制御方法にもとづきその回線割当要
求に対する回線が上記周波数帯域内に割当てされた上、
共通回線２３を介し地球局２１ー１，２１ーｎ各々に通
知されるものとなっている（図中）。その通知があっ
た後に、初めて地球局２１ー１と地球局２１ーｎとの間
では割当てされた回線で衛星通信が行われるものとなっ
ている（図中）。その際、送信地球局から回線割当制
御管理局に要求される伝送速度種別としては一般には２
種類以上とされるが、以下では説明の簡単化上、伝送速
度種別は３種類（低速呼、中速呼および高速呼の３種
類）に限定するものとする。４種類以上の場合でも同様
に適用し得るからである。

【０００９】さて、本発明による回線割当制御方法の概
要について説明すれば、図１は本発明に係る回線割当制
御パラメータの変更方法を説明するための一例での回線
割当状態を示したものである。図示のように、一定周波
数帯域内には３種類の伝送速度各々に対応した回線が所
定の態様で割当てられるものとなっている。本例では、
周波数帯域左端側には低速呼としての１以上の左端呼
が、また、周波数帯域中央部には中速呼としての１以上
の中央呼が、更に周波数帯域右端側には高速呼としての
１以上の右端呼が割当てされている状態を示している
が、回線割当に先立って行われる空き回線のサーチ（探
索）では、伝送速度種別対応に設けられている回線割当
サーチ開始位置Ｘ_L ，Ｘ_C ，Ｘ_R を基準とする空き回線
サーチ方法が採られるようになっている。図示のよう
に、低速呼対応の回線割当サーチ開始位置Ｘ_L は周波数
帯域左端位置に固定化されたものとして、また、中速呼
対応の回線割当サーチ開始位置Ｘ_C は周波数帯域中央部
付近に位置可変として、更に、高速呼対応の回線割当サ
ーチ開始位置Ｘ_R は周波数帯域右端位置に固定化された
ものとして、それぞれ設けられたものとなっている。一
般に、伝送速度種別がＮ（Ｎ：３以上の整数）種類であ
る場合には、Ｎ−２種類の伝送速度に対応しては、位置
が可変とされた回線割当サーチ開始位置が設けられれば
よいものである。

【００１０】したがって、低速呼に対する回線割当要求
があった場合は、右方向サーチ（Ｒサーチ）のみによっ
て空き回線がサーチされ、これとは逆に高速呼に対する
回線割当要求があった場合には、左方向サーチ（Ｌサー
チ）のみによって空き回線がサーチされるが、中速呼に
対する回線割当要求があった場合には、右方向サーチ
（Ｒサーチ）、または左方向サーチ（Ｌサーチ）によっ
て空き回線がサーチされるようになっている。原則的に
は、伝送速度各々に応じたサーチが行われるに際し、空
き回線がある位置でサーチされ得た場合には、その位置
に回線が割当てられるものである。因みに、中速呼に対
する回線割当要求があった場合でのサーチ方法について
より具体的、詳細に説明すれば、以下のようである。

【００１１】即ち、この場合には右方向サーチ（Ｒサー
チ）、または左方向サーチ（Ｌサーチ）によって空き回
線がサーチされるわけであるが、回線割当要求があった
場合に、具体的に何れの方向へのサーチが行われるか
は、右方向サーチ（Ｒサーチ）の確率Ｐ（Ｒ）、左方向
サーチ（Ｌサーチ）の確率Ｐ（Ｌ）によって制御される
ものとなっている（０＜Ｐ（Ｌ）＜１、Ｐ（Ｌ）＋Ｐ
（Ｒ）＝１）。例えば確率Ｐ（Ｒ），Ｐ（Ｌ）がともに
０.５である場合には、回線割当要求がある度にサーチ
方向は前回サーチ時でのサーチ方向とは逆方向とされる
ものとなっている。また、例えば確率Ｐ（Ｒ），Ｐ
（Ｌ）がそれぞれ０.３３、０.６７である場合は、３つ
の回線割当要求が順次生起するに伴い３回のサーチが順
次行われるに際しては、右方向サーチが１回、左方向サ
ーチが２回行われるものである。尤も、ある回線割当要
求に際してのサーチで空き回線がサーチされ得ない場合
には、逆方向へのサーチが１回行われるものとなってい
る。したがって、例えば低速呼に対する回線割当要求が
急増しつつある場合に、低速呼に対する呼損率を小さく
抑えるためには、確率Ｐ（Ｒ）を確率Ｐ（Ｌ）よりも大
きくなるべく変更設定すればよいものである。このよう
に変更設定すれば、回線割当サーチ開始位置Ｘ_C の右側
周波数帯域にはより多く中速呼に対する回線が割当てさ
れ、その左側周波数帯域にはより少なく中速呼に対する
回線が割当てされることになり、その分、回線割当サー
チ開始位置Ｘ_C の左側周波数帯域にはより多くの低速呼
に対する回線が割当てされ得るものである。

【００１２】ここで、回線割当制御パラメータによる回
線割当制御動作について具体的に説明すれば、その動作
は地球局からの伝送速度種別毎の回線割当要求情報（伝
送速度種別毎の入力トラヒック状況）とサービス品質
（伝送速度種別毎の呼損率）にもとづいて変更設定され
る回線割当サーチ開始位置Ｘ_C および確率Ｐ（Ｒ），Ｐ
（Ｌ）、更にはそれら変更に回線留保規制（伝送速度種
別毎の回線数制限：トラヒック規制の１種）が組合され
た状態として、回線割当制御動作が行われるものとなっ
ている (ｉ) 回線割当サーチ開始位置Ｘ_C の変更 回線割当サーチ開始位置Ｘ_C を変更可として、中速呼に
対する回線割当要求があった場合には、その位置Ｘ_C を
基準として、Ｒサーチ、またはＬサーチを行うものとす
る。 (ii) 空き回線サーチ方法の変更 中央呼の回線割当サーチ開始位置Ｘ_C を基準として、空
き回線をサーチする際でのサーチ方向は、確率Ｐ
（Ｌ），Ｐ（Ｒ）をそれぞれ変更可として、これら確率
Ｐ（Ｌ），Ｐ（Ｒ）によって制御されるものとする。 (iii) トラヒック規制の付加 上記２種類の変更に回線留保規制を組合せた上、回線割
当動作を制御するものとする。

【００１３】このように、回線割当制御パラメータとし
ての回線割当サーチ開始位置Ｘ_C 、確率Ｐ（Ｌ），Ｐ
（Ｒ）およびトラヒック規制にもとづき回線割当が具体
的には制御されているわけであるが、大局的に如何なる
制御態様が採られるかは制御基準によるものとなってい
る。如何なる制御基準がその時点で選択されているかに
よって、制御パラメータに対する変更方法が異なってい
るわけである。具体的な制御基準例にもとづいて回線割
当制御動作を説明すれば以下のようである。

【００１４】（１）制御基準その１（呼種別の呼損率の
比を一定（呼損率比をサービス品質とする場合）） １）低速呼の入力トラヒックが増大する場合 この場合には、低速呼に対する呼損率が増大することか
ら、その増大を抑えるべく低速呼の呼損率を小さくする
か、あるいは低速呼以外の呼の呼損率を大きくする必要
がある。具体的には、以下の措置が採られるものとなっ
ている。 回線割当サーチ開始位置Ｘ_C の右方向への移動 Ｐ（Ｒ）をＰ（Ｌ）よりも大きく設定 ２）高速呼の入力トラヒックが増大する場合 この場合には、上記場合とは逆に高速呼に対する呼損率
が増大することから、その増大を抑えるべく高速呼の呼
損率を小さくするか、あるいは高速呼以外の呼の呼損率
を大きくする必要がある。具体的には、以下の措置が採
られる必要がある。 回線割当サーチ開始位置Ｘ_C の左方向への移動 Ｐ（Ｌ）をＰ（Ｒ）よりも大きく設定 ３）中速呼の入力トラヒックが増大する場合 低速呼の入力トラヒックが高速呼のそれよりも多い場合
には１）での措置が、これとは逆に高速呼の入力トラヒ
ックが低速呼よりも多い場合は２）での措置が採られる
と同時に、それら低速呼、高速呼に対しては回線留保規
制が行われるものとなっている。

【００１５】４）低速呼および中速呼の入力トラヒック
が増大する場合 基本的には、上記１）の場合と同様であると考えられる
から、以下の措置が採られるものとなっている。 回線割当サーチ開始位置Ｘ_C の右方向への移動 Ｐ（Ｒ）をＰ（Ｌ）よりも大きく設定 ５）中速呼および高速呼の入力トラヒックが増大する場
合基本的には、上記２）の場合と同様であると考えられ
るから、以下の措置が採られる。 回線割当サーチ開始位置Ｘ_C の左方向への移動 Ｐ（Ｌ）をＰ（Ｒ）よりも大きく設定 ６）低速呼と高速呼の入力トラヒックが増大する場合 低速呼の入力トラヒックが高速呼のそれよりも増加が大
きい場合は１）の場合での措置が、高速呼の入力トラヒ
ックが低速呼のそれより増加が大きい場合には２）の場
合での措置が採られた上、何れの場合でも中速呼に対し
ては回線留保規制が行われる。

【００１６】（２）制御基準その２（ある種別の呼の呼
損率をしきい値以下（特定の通信に対するサービス品質
の確保）） この制御基準では、該当する伝送速度種別の呼に対する
呼損率を設定しきい値以下に維持すべく、回線割当制御
パラメータを変更することによって、その伝送速度種別
の呼が割当てされる周波数領域を確保しようというもの
である。

【００１７】１）低速呼に対する呼損率を設定しきい値
以下に抑える場合 回線割当サーチ開始位置Ｘ_C の右方向への移動 Ｐ（Ｒ）をＰ（Ｌ）よりも大きく設定 ２）高速呼に対する呼損率を設定しきい値以下に抑える
場合 回線割当サーチ開始位置Ｘ_C の左方向への移動 Ｐ（Ｌ）をＰ（Ｒ）よりも大きく設定 ３）中速呼に対する呼損率を設定しきい値以下に抑える
場合 低速呼が増大する場合は１）での措置が、高速呼が増大
する場合には２）での措置が採られた上、それぞれの場
合に低速呼、高速呼に対しては回線留保規制が行われる
ものとなっている。

【００１８】以上からも判るように、(ｉ)回線割当サー
チ開始位置Ｘ_C の変更では、回線割当サーチ開始位置Ｘ
_C 自体の変更によって、比較的大きな入力トラヒック変
動に対しても回線割当動作を追従させることが容易とな
っている。また、(ii)空き回線サーチ方法の変更では、
基本的には回線割当サーチ開始位置Ｘ_C が一定とされて
いることから、比較的変動の少ない入力トラヒックに対
して容易に回線割当動作を行わしめることが可能となっ
ている。これら回線割当制御機能に、更に回線留保規制
を組合わせることによって、これまでの回線割当制御機
能に比しシステムでのトラヒック収容量の増大化が図れ
るものである。なお、以上の例では、代表的な制御基準
にもとづく定性的動作についてのみ説明されているが、
定量的にはそれぞれの場合において、回線割当制御パラ
メータに対する変更量は入力トラヒック状況に応じて異
なったものとなることは当然である。その変更量は具体
的には、実際のシステム運用状況から適当に決定される
べきものとなっている。

【００１９】さて、以上に述べた回線割当制御パラメー
タは、過去における入力トラヒック情報およびサービス
品質情報にもとづき将来におけるそれら情報の変動を予
測することによって所望に変更されるが、その際での予
測手法としては、これまでに公知なものを用いることに
よって、容易に予測し得るものとなっている。例えば関
数近似法（ポテンシャル関数法や非線形非定常モデル理
論、自動制御理論など）、あるいは統計的手法（確率制
御理論や数理化Ｉ類法（アイテム＆カテゴリ理論）な
ど）が予測手法として採用され得るものとなっている。
適当な予測手法の下に、シミュレーションによって、あ
るいは繰返し修正による学習によって回線割当制御パラ
メータに対するシステム特性を得た上、このシステム特
性から複数の制御ルール（全入力呼量、呼量比、帯域幅
比、入力呼変化量、回線割当制御パラメータおよび呼損
率変化量の情報を含む）を導出するようにすれば、予測
された入力呼変化量とその時点での回線割当制御パラメ
ータからは、現時点に対する将来における呼損率変化量
が求められるなど、最終的には回線割当制御パラメータ
が最適に変更設定され得るものである。地球局各々から
の回線割当要求に対しては、変更設定された回線割当制
御パラメータにもとづき所定に回線が割当てられること
によって、所望の回線割当処理を行い得るものである。

【００２０】以上のように、回線割当制御管理局での回
線割当制御について説明したが、図３はその回線割当制
御管理局での要部機能ブロック構成の具体例を示したも
のである。但し、本例では呼損率の制約条件が満たされ
ることを制御基準に、回線割当制御パラメータの変更が
行われるものとなっている。これによる場合、要部機能
ブロックは、以下の要素から構成されたものとなってい
る。即ち、回線割当制御パラメータを操作する制御機能
３００、回線割当アルゴリズムを実行する回線割当機能
３０１、伝送速度種別毎の呼損率をモニタするための呼
損率インタフェース３０２、回線能率をモニタするため
の回線能率インタフェース３０３、回線割当制御パラメ
ータの制御量（変更量）を算出する制御量決定部３０
４、制御基準が更新可として設定される制御基準設定部
３０５、伝送速度種別毎の回線割当要求の発生分布を計
測する入力トラヒック観測部３０６、観測データを集計
した上、入力トラヒック変動パターンを作成する入力ト
ラヒックパターン作成部３０７、伝送速度種別毎の呼損
率および回線能率を取得する呼損率・回線能率観測部３
０８、呼損率・回線能率についての観測情報を集計した
上、そのパターンを作成する呼損率変動パターン作成部
３０９、入力トラヒック変動パターンと呼損率変動パタ
ーンにもとづいて、入力トラヒック変動と呼損率変動の
相関特性を取得し、これを基に制御ルール群を作成する
呼損率特性作成部３１０、入力トラヒック変動パターン
に適合する制御ルールを設定制御ルール群より選択する
制御ルール選択部３１１、マニュアル操作で制御基準お
よび制御ルールを入力するためのマンマシンインタフェ
ース３１２を含むべく構成されるようになっている。

【００２１】さて、その要部機能ブロックでの動作を説
明すれば、その動作初期状態においては、外部からのマ
ニュアル操作によってマンマシンインタフェース３１２
からは制御基準および初期の制御ルールが入力される
が、このうち、制御基準は制御基準設定部３０５に設定
される一方、制御ルールは呼損率特性作成部３１０に与
えられるようになっている。以降は、以下のように動作
するものとなっている。 入力トラヒックパターン作成部３０７では、現時点ｔ
_m での観測値と、前回時点ｔ_m-1 におけるｔ_m の予測値
との予測誤差から、次回時点ｔ_m+1 での入力トラヒック
変動を予測した上、その予測結果を制御ルール選択部３
１１に通知する。 予測された入力トラヒック変動にもとづき制御ルール
選択部３１１では、呼損率性作成部３１０から、その現
在の入力トラヒック条件における変動パターンに適合す
る制御ルールを選択した上、制御量決定部３０４へ通知
する。 制御量決定部３０４では、制御ルールにより次回時点
ｔ_m+1 における呼損率変動量が予測された上、制御基準
と比較されるが、この比較結果からは制御基準を満たす
ような制御ルール（もしも、複数の該当する制御ルール
がある場合には、回線能率が高くなる制御ルール）が選
択された上、この規則をもとづき制御量が算出されるよ
うになっている。算出された制御量は制御機能３００に
通知される。 制御機能３００では、制御量にもとづき回線割当制御
パラメータの設定値を変更する。 入力トラヒックパターン作成部３０７、呼損率変動パ
ターン作成部３０９各々では、それぞれの予測誤差から
変動パターンを修正変更した上、呼損率特性作成部３１
０へ通知する。 修正変更された変動パターンにもとづき呼損率特性作
成部３１０では、制御ルールの修正変更、あるいは追加
を行う。

【００２２】以上のように、離散的な制御下に回線割当
制御パラメータが変更されているが、一般にその制御周
期はそのシステムの適用形態如何により異なるものとな
っている。通常の確定的要素を含むシステム、例えば教
育システム等の場合には、入力トラヒック変動の予測は
確定的であることから、制御周期は比較的長期間（例え
ば１週間）に設定されることで十分である。しかしなが
ら、確率的要素を多分に含む即時型のシステム、例えば
防災システム等の場合では比較的短期間に制御周期は設
定されるものとなっている。なお、以上では、周波数領
域の回線割当制御方法について主に説明されているが、
本発明は衛星中継器の時間領域、即ち、ＴＤＭＡ方式に
おいても同様に適用し得るものである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１による場
合は、ランダムに発生される、伝送速度が異なる様々な
通信要求各々に対しその都度回線をＦＤＭＡ方式を以て
一定周波数帯域内に割当するに際して、予め設定されて
いるサービス条件を満足すべく通信要求各々に回線を割
当し得るものとなっている。したがって、入力トラヒッ
クが如何に変動しようとも、サービス条件を満たし得る
ばかりか、より多くの呼量および種類のトラヒックを収
容可能となり、回線使用効率の大幅な向上が図れるよう
になっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、伝送速度の種別が３種類とされた場合
での、本発明に係る回線割当制御パラメータの変更方法
を説明するための一例での回線割当状態を示す図

【図２】図２は、本発明が適用される衛星通信システム
の一例でのシステム構成概要を示す図

【図３】図３は、本発明に係る回線割当制御局での要部
機能ブロック構成の例を示す図

【符号の説明】

２０…回線割当制御管理局、２１ー１〜２１ーｎ…地球
局、２２…通信衛星、２３…共通回線、２４…通信回線

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−212934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−144603（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−172030（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−243735（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−334132（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−90045（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−37722（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−43428（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の地球局各々からの、少なくとも２
   種類以上の伝送速度の異なる通信要求に対して、特定の
   地球局が衛星中継器の一定周波数帯域内に伝送速度に応
   じた回線帯域を、伝送速度毎に回線割当サーチ開始位置
   が異なるものとして割当てる集中制御形デマンドアサイ
   ンメントＦＤＭＡ方式衛星通信システムにおける回線割
   当制御方法であって、過去における通信要求状況および
   サービス品質に関しての履歴情報にもとづき将来におけ
   る通信要求状況およびサービス品質を予測する度に、予
   め設定されたサービス条件を満足させるべく、システム
   特性を規定する回線割当制御パラメータとしての回線割
   当サーチ開始位置、空き回線サーチ方法およびトラヒッ
   ク規制が動的に変更されるようにした回線割当制御方
   法。